一、项目背景与目的
随着3D打印技术的迅猛发展，3D打印机已经逐渐渗透到教育领域，成为培养学生创新能力和动手实践能力的重要工具。为了更好地辅助教学，同时为学生提供一个实际操作的平台，我们决定DIY一台龙门双Z轴架构的3D打印机，旨在为教育提供一个成本低廉、易于操作的3D打印设备。
二、设计理念
本项目的设计理念是基于龙门双Z轴的经典设计进行创新与优化。龙门双Z轴架构因其简单、可靠、易于维护而被广泛采用，并且其开源设计为二次开发提供了极大的自由度。在设计过程中，我结合了教育应用的需求，确保打印机具有较高的稳定性和易用性，同时具备一定的拓展能力，以适应未来的教学需求。
教学特点：便于组装及维修，静音、扩展性强，挤出机部分原创亚克力透明设计可以看到耗材状态。
三、主要部件与构造
机械结构
框架材料：采用铝合金型材，兼顾轻量化与刚性，保证打印机的稳定性。
运动系统：XY轴均采用直线导轨+同步带传动，Z轴采用2mm导程丝杆+直线导轨，保证了高精度的运动控制、
打印平台：采用磁吸弹簧钢加热床设计，支持多种材料的打印，并且方便取模型。
电子控制系统
主板：自研klipper集成RP2040+5轴TMC2209驱动器下位机+orangepi zero3上位机
机头板：自研klipper RP2040集成挤出机驱动支持CAN通讯板载陀螺仪芯片、热端加热MOS 支持涡流传感器
步进电机：采用42步进及静音驱动器，具备静音特性，适合教学环境。
显示屏：自研3.5寸触摸屏，可以实现脱机打印。
多色打印：未来将加入4色打印组件
固件与软件
固件：采用开源的klipper 固件，经过优化配置，支持自定义功能和各类传感器的扩展。
切片软件：使用OrcaSlicer，这些软件不仅功能强大，还能轻松调节打印参数，适应不同的教学需求。
安全性设计
温控系统：打印机配备了多重温度保护措施，确保使用过程中不发生过热现象。
电源管理：所有220v强电均做隔离处理，如果教学环境还可以采用纯24v安全电压，独立供电。
四、调试与校准
平台调平：在打印前进行平台的手动或自动调平，确保喷头和打印床之间的间隙均匀，以获得最佳打印效果。
步进电机校准：通过调整固件中的步进设置，确保打印的尺寸精度。
打印参数优化：针对不同材料（如PLA、ABS、PETG等）进行打印温度、速度、层高等参数的优化，保证打印质量。
五、使用与维护
操作指南：打印机具备易于理解的操作界面，学生可通过简明的步骤完成模型加载、参数设置和打印操作。
日常维护：定期检查皮带张力、导轨润滑情况，以及喷嘴的清洁度，以保持打印机的长期稳定运行。
常见故障处理：提供简单的故障排查指南，帮助用户迅速解决如堵头、平台不平等常见问题。
六、教学应用
这台自制的龙门双Z轴架构3D打印机专为教学设计，能够帮助学生了解3D打印的基本原理，学习模型设计与优化的技能，并通过动手实践提升他们的创新能力。通过实际操作，学生能够更加直观地理解复杂的工程概念，并将理论知识应用于实践中。
七、总结
本项目的DIY 3D打印机不仅成本低廉，而且在设计和功能上都能够满足教育教学的需求。它为教师提供了一个灵活、可定制的教学工具，也为学生提供了一个动手实践的机会。通过这种方式，我们希望能够在教育中普及3D打印技术，培养更多具有创新精神和实践能力的人才。